物理选修31人教全程导学笔记课件第一章静电场7静电现象的应用

7静电现象的应用第一章

静电场[课时要求]

1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件.2.掌握静电平衡状态下的导体特点.3.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用.内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关自主预习一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布1.静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷

的状态.2.静电平衡状态的特征：(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场

.(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面

.(3)处于静电平衡状态的整个导体是个

，导体的表面为

.3.导体上电荷的分布：(1)导体

没有电荷，电荷只分布在导体的

.(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)

，_____的位置几乎没有电荷.定向移动处处为0垂直等势体等势面内部表面凹陷越大二、尖端放电和静电屏蔽1.空气的电离：导体尖端电荷

很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在

的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷

的现象.2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被_____而奔向尖端，与尖端上的电荷

，相当于导体从尖端

的现象.尖端放电的应用与防止：(1)应用：

是利用尖端放电避免雷击的一种设施.(2)防止：高压设备中导体的表面尽量

会减少电能的损失.密度强电场吸引分离中和失去电荷避雷针光滑3.静电屏蔽：金属壳或金属网的空腔内不受外界电场的影响，壳(网)内电场强度保持为

，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳(网)的这种作用叫做

.静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连.0静电屏蔽[即学即用]判断下列说法的正误.(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零.(

)(2)处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0.(

)(3)静电平衡时，导体内的自由电子处于静止状态.(

)(4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地.(

)(5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器(金属球在金属网罩外)，则验电器箔片能张开.(

)(6)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零.(

)××√×√√答案重点探究[导学探究]如图1所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异号电荷.请思考下列问题：(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？一、静电平衡状态下的导体图1答案

自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动.答案(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？答案

不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止.[知识深化]1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.2.孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.3.处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直.例1处于静电平衡中的导体，内部场强处处为零的原因是A.此时导体处于不带电的状态B.所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零C.外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合场强为零D.以上解释都不正确√解析

导体在电荷q的电场中处于静电平衡状态时，在导体内部任意一点，感应电荷产生的附加电场的场强与电荷q产生的场强大小相等，方向相反，此时导体的内部场强处处为0，电荷只分布在导体的表面，且整个导体是一个等势体，故A、B、D错误，C正确.解析答案静电平衡时，导体上的电荷分布有：(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷.(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图2甲所示.(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示.二、导体上电荷的分布甲乙图2例2如图3所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果可能是A.只有球壳外表面带正电B.球壳的内表面带负电，外表面带正电C.球壳的内、外表面都带正电D.球壳的内表面带正电，外表面带负电解析

小球与球壳接触构成一个新导体，它的电荷量都分布在新导体的外表面，即只有球壳外表面带正电，A对，B、C、D错答案解析图3√针对训练1如图4所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中不能使验电器箔片张开的是A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触B.用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触C.用带绝缘皮的导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电

棒C与B的内壁接触D.使验电器A靠近B答案解析√图4解析

A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使C球带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将验电器A和B连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电.故选项A不能使验电器箔片张开.三、尖端放电静电屏蔽[导学探究]

(1)避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？答案

导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正、负电荷分离.这个现象叫做空气的电离.中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子.这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷.答案(2)处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，若导体是空心的，则空心部分的场强怎样？静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？答案

空心部分场强为零.静电屏蔽是利用“处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零”，即使内部有自由电子，受到的电场力也为0，自由电子不发生定向移动.答案[知识深化]1.静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零.2.静电屏蔽的两种情况

导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体解析

因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D对，B、C错；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，A错.例3如图5所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入金属壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡状态后，则A.B的空腔内电场强度为零

B.B不带电C.B的外表面带正电

D.B的内表面带负电答案√图5解析针对训练2

(多选)如图6所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，如把一带有正电荷的绝缘体A移近金属网罩，则A.在B的内表面带正电荷B.在B的右侧外表面带正电荷C.验电器C的金属箔片将张开D.B的左右两侧电势相等答案√图6解析√解析

静电平衡时，电荷分布于导体的外表面上，所以选项A错误；由于产生静电感应，使B金属网罩的左侧外表面感应出负电荷，所以B的右侧外表面感应出正电荷，选项B正确；由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故C上无感应电荷，验电器的金属箔片不会张开，选项C错误；由静电屏蔽特点知，导体是等势体，导体表面是等势面，所以选项D正确.达标检测1.(静电屏蔽)请用学过的电学知识判断下列说法正确的是A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死D.打雷时，待在汽车里比待在木屋里要危险√答案解析1234解析

电工穿绝缘衣容易产生大量的静电，反而比较危险，选项A错误；塑料油桶会因摩擦而带电，因为塑料是绝缘材料，不能把电荷导走，所以塑料油桶内易产生火花导致塑料油桶爆炸，选项B正确；小鸟停在单根高压输电线上时，加在小鸟两腿间的电压非常小，小鸟不会被电死，选项C错误；打雷时，待在汽车里，汽车的金属外壳起到静电屏蔽的作用，而木屋没有静电屏蔽作用，所以待在汽车里比待在木屋里要安全，选项D错误.故选B.12342.(静电平衡的理解)在点电荷－Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E′的方向在下图中正确的是答案解析

感应电荷在盘中A点激发的附加场强E′应与－Q在A点产生的场强等大反向，故A正确.解析√12343.(导体的电荷分布)金属球壳(开口很小)原来带有电荷，而验电器原来不带电，如图7所示，现将金属球壳内表面与验电器的金属小球用细导线相连，验电器的金属箔片将A.不会张开

B.一定会张开C.先张开，后闭合 D.可能会张开答案解析图7解析

金属球壳上的净电荷仅分布在外表面，细导线将球壳内壁与验电器连接后，验电器看做是金属球壳的外部.√12344.(静电屏蔽)如图8所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳